摘要：廢棄混凝土再生利用技術是發(fā)展綠色混凝土，實現(xiàn)建筑、資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求和主流趨勢，是推動建筑垃圾資源化進程的有效途徑。結合我國資源緊缺及環(huán)境污染嚴重的現(xiàn)狀，從生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益方面分析了廢棄混凝土再生利用的必要性及可行性。通過查閱和研究大量文獻，對國內外再生混凝土的研究動態(tài)與應用情況進行了深入剖析和對比，綜述了再生混凝土基本力學性能、耐久性能及變形性能，對廢棄混凝土再生利用技術前景進行了展望。
關鍵詞：廢棄棍凝土;再生骨料;再生混凝土;力學性能:耐久性;變形性能
前言：
隨著我國城市化進程的加快和城市建設規(guī)模的擴大，建筑業(yè)迎來了一個新的快速發(fā)展期，每年產(chǎn)生大量的建筑垃圾，其中廢棄混凝土約占建筑垃攝總量的30% - 40%0 2004年，全國建筑垃圾排放總量60億噸，其中廢棄混凝土約18 - 24億噸。廢棄混凝土(Wi創(chuàng)始Concrete， WC)是指舊建(構)筑物拆除、市政工程動遷、路面返修、重大基礎設施改造、工程施工等過程中產(chǎn)生的廢混凝土塊及商品混凝土廠和預制構件廠產(chǎn)生的不合格混凝土。廢棄混凝土通常采用露天堆放或填埋方式處理，故需要占用大面積的耕地，處理費用與運費較高。廢棄混凝土清運和堆放過程中易造成粉塵、灰砂飛揚，嚴重宿染大氣，形成二次污染。另外，混凝土生產(chǎn)需要艷費大量砂石骨料，隨著對天然砂石的不斷開采，天然骨料資源漸趨枯竭，生態(tài)環(huán)境日益惡化。廢棄混凝土循環(huán)再生利用可解決其導致的資源、能源、環(huán)境及相關社會問題，緩解骨料供求矛盾，具有顯著的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，是環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的迫切需求。
1再生混凝土的相關概念
再生骨料混凝土[1](Recycled Aggregate Concrete， RAC)是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土，簡稱再生混凝土(RecycledConcrete， RC)。再生骨料(Recycled Aggregate， RA)是指廢棄混凝土經(jīng)特定處理、破碎、分級并按一定的比例混合后，形成的以滿足不同使用要求的粒徑在40mm以下的骨料。其中粒徑在0.5-5mm的骨料為再生細骨料(Recycled Fme Aggregate，RFA)，粒徑在5-40mm的骨料為再生粗骨料(Recycled Coarse Aggregate， RCA)。RCA[2]一般為表面包裹著部分水泥砂漿的石子，小部分是與砂漿完全脫離的石子，還有極少一部分為水泥石顆粒， RFA主要由砂漿體破碎后形成的表面附著水泥漿的砂粒、表面無水泥漿的砂粒、水泥石顆粒及少量破碎石塊所組成。
2廢棄混凝土再生利用在各國立法狀況
廢棄混凝土再生利用已受到許多國家的重視，有些國家采用立法形式來保證此項研究和應用的發(fā)展。澳大利亞聯(lián)邦科學與產(chǎn)業(yè)研究組織(CSIRO) [3]于1998年頒布了《再生混凝土骨料配制非結構混凝土指南)， 2002年頒布了《再生混凝土與砌筑材料使用指南)，推動了再生混凝土骨料的應用。日本早在上世紀七十年代初就已嘗試利用廢棄混凝土作為再生骨料配制再生混凝土，廢棄混凝土再生利用工廠相繼在各地建立，制定了多項法規(guī)以保證再生混凝土發(fā)展，為廢棄混凝土資源化利用提供了法律和制度的保障。1977(4)年日本頒布《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范)， 1991年頒布《資源重新利用促進法)，規(guī)定建筑施工過程中產(chǎn)生的渣土、混凝土塊、瀝青混凝土塊、術材、金屬等建筑垃圾，必須經(jīng)“再資源化設施”進行處理。2001年頒布《建筑材料再循環(huán)法)，規(guī)定將C1、C2、C3三種 類型的再生粗骨料及F1、F2兩種類型的再生細骨料應用于非結構構件。2001年頒布《推進形成循環(huán)型社會基本法》、《促進廢棄物處理指定設施配備》和《資源有效利用促進法》。德國(5)制定了《在混凝土中采用再生骨料的應用指南)，要求來用再生骨料的混凝土必須完全符合天然骨料混凝土的國家標準。美國政府頒布可超級基金法)，規(guī)定：“任何生產(chǎn)宿工業(yè)靡棄物的企業(yè)，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒?！?BR>
3再生混疆土的研究及應用進展
3.1廢棄混疑土破碎與再生骨料加工工藝
廢棄混凝土塊的回收、破碎和再生骨料生產(chǎn)工藝是廢棄混凝土再生利用的前提。廢棄混凝土經(jīng)破碎加工后，骨料表面粗糙度加大，棱角效應增加，骨料表面包裹著相當數(shù)量水混砂漿，混凝土塊解體過程中的損傷積累導致再生骨料內部形成大量微裂紋。上述因素使得再生骨料與天然骨料相比，壓碎指標及孔隙率較高，密度較小，吸水性強，粘結力弱，骨料強度較低I時，所以再生骨料主要用來配制中低強度的混凝土，道路建設中用于路基、路面、路面磚、馬牙磚等工程，建筑工程中用于基礎墊層、底板、填充墻、非結構構件等部位。再生骨料的加工方法是將各種破碎設備、傳送機械、篩分設備、清除雜質設備一體化，經(jīng)破碎、篩分、去除雜質等工序，在得符合質量要求的再生骨料。日本問來用加熱碾磨法、螺旋精碎法、機械粉碎法、重力浮選法等先進工藝改善了再生骨料的品質，其性能與天然骨料相當，可用以配制高強度混凝土。加熱碾磨法是指將廢棄混凝土加熱至約300℃，包裹于再生骨料表面硬化的舊水泥漿逐漸軟化，然后通過碾磨工序將其與廢棄混凝土分離，獲得清潔的原生骨料。螺旋精碎法是指利用螺桿軸去除再生骨料表面的水泥漿。機械粉碎法的主要裝置是以鋼球為媒介物、內部設有隔板的轉筒。它在轉動時，銅球沿水平、堅直方向移動，混凝土塊在轉筒內旋轉，相互碰撞、摩擦、碾磨，利用隔板去除附著于骨料表面的水泥蒙和砂漿。重力浮選法是指當采用頓式粉碎機、沖擊破碎艦、改進式棒磨機對廢棄混凝土進行處理后，粒徑大于8mm的骨料被分為再生粗骨料與砂漿顆粒，粒徑小子8mm的骨料被分為5mm及5-8mm的再生細骨料。然后采用溫式重力浮選機進行分選，砂漿顆粒、木材等輕物質位于上面，骨料等重物質在下面。
3.2再生混凝土性能研究進展
發(fā)達國家早在二次世界大戰(zhàn)后即開展了再生混凝土方面的研究，取得了許多重要的研究成果，再生混凝土新技術已成為國內外工程界和學術界關注和研究的熱點課題之一。
3.2.1再生混凝土力學性能研究現(xiàn)狀
對再生混凝土主要力學性能的研究，大多側重于抗壓性能和彈性模量。再生骨料來源不同，組成成分、性能、碳化程度、配合比、養(yǎng)護條件、試驗條件和試驗方法各異，導致再生混凝土抗壓強度試驗數(shù)據(jù)離散性較大。李鏡、尹健等陰采用三因素、三水平的正交試驗設計方法，探討了水膠比、再生骨料摻量、超細粉煤灰摻量等試驗因素對再生混凝土強度的影響規(guī)律和機理，采用多元回歸分析方法，建立了再生混凝土強度與水膠比、再生骨料摻量、超細粉煤灰摻量的經(jīng)驗公式。結果表明：水膠比是影響再生混凝土強度的最主要因素，也是最顯著因素；與同強度等級的高強混凝土相比，摻粉煤灰再生混凝土的拉壓比較大，抗裂能力好；再生混凝土抗折強度與膠水比、再生骨料摻量以及超細粉煤灰摻量之間線性關系良好。陳兵(8)研究表明，與天然骨料混凝土相比，部分再生骨料混凝土后期抗壓強度較高。全部使用再生骨料的混凝土抗壓強度比天然骨料混凝土下降約8%。摻加微細硅粉與高效減水劑后，再生骨料混凝土抗壓強度及劈裂抗拉強度顯著提高。肖建莊對再生混凝土棱柱體試件進行單軸直接拉伸試驗，結果表明與普通混凝土相比，再生混凝土峰值拉應變較大，彈性模量較低。隨再生骨料取代率的增加，再生混凝土抗拉強度逐漸減小，彈性模量逐漸降低。再生粗骨料取代率為100%時，與普通混凝土相比，其抗拉強度減小31%，原點切緝模量降低29%。相同應力水平下，再生混凝土變形較大。夏琴(10)對再生混凝土與普通混凝土的單軸受壓性能進行了對比試驗，發(fā)現(xiàn)：在相同配合比條件下，再生混凝土彈性模量比普通混凝土降低8%－15%；再生混凝土的破壞形態(tài)與普通混凝土類似，其單軸受壓的應力應變曲線上升段形狀與普通混凝土相似；再生混凝土單軸受壓峰值應變比普通混凝土高約10%。鄧旭華[11]通過試驗建立了再生混凝土配制強度公式fcu，i=0.37fce(C/W+0.0071)。石建光(12)在水灰比0.55和水泥、細骨料、粗骨料的配合比為1 : 2 : 2.75時，測試了不同粗骨料級配情況下的再生混凝土工作性能和抗壓強度，結果表明：γ(包裹骨料需要的水泥漿體積與混凝土中水泥漿總體積的比值)大于0.085時，混凝土工作性能較差，抗壓強度低；γ小于0.085時，混凝土工作性能較好，抗壓強度高。采用再生骨料自然級配制備的混凝土盡管γ值較小，但工作性能差，抗壓強度低。再生骨料取代率分別 為50%、60%、100%時，調整粒徑范圍9.5-26.5 mm的骨料，使其級配接近，再生混凝土強度高于天然骨料的混凝土強度。孫成城(13)通過試驗發(fā)現(xiàn)相同配合比條件下，再生粗骨料二次攪拌工藝拌制的混凝土強度比一次攪拌工藝拌制的混凝土高約12%。鄧旭華(14)結合超聲和回彈的測試方法，探討了水灰比對再生混凝土抗壓強度的影響，結果表明：當水灰比大于0.57時，再生混凝土的抗壓強度隨著水灰比的增大而減小；當水灰比小子0.57時，再生混凝土的抗壓強度隨著水灰比的增大而增大。基準混凝土和再生混凝土超聲聲速和回彈值隨水灰比的變化規(guī)律與其實際抗壓強度值的變化規(guī)律基本一致。王軍強(15)發(fā)現(xiàn)隨著再生骨料取代率的提高，再生混凝土的7d和28d抗壓強度總體呈下降趨勢；再生骨料取代率為100%時，與普通混凝土相比，再生混凝土28d抗壓強度下降約5%。再生混凝土的相對動彈性模量低于普通混凝土。
3.2.2再生混凝土耐久性研究現(xiàn)狀
對再生混凝土的研究大多集中在物理性能與力學性能方面，而對其耐久性方面的研究相對較少，尤其對于多因素復雜環(huán)境條件下再生混凝土耐久行為與特性的研究尚顯薄弱。對再生混凝土在多種破壞因素作用下的耐久性能進行研究，可為再生混凝土耐久性評估體系的建立提供科學的理論依據(jù)。
崔正龍(16)研究表明隨著水灰比的增加，全再生混凝土抗凍融循環(huán)的耐久性指數(shù)及抗碳化能力均有所降低；水灰比分別為0.45、0.55時，全再生混凝土的耐久性指數(shù)比普通混凝土分別降低6%和9%，抗碳化能力差，碳化速度比普通混凝土幾乎快3倍。張雷順[11]發(fā)現(xiàn)，加入引氣劑后再生混凝土能達到甚至超過普通混凝土的抗凍融性能；降低水灰比，再生混凝土抗凍性能提高；宜于來用強度損失表征再生混凝土抗凍性能。宋少民研究表明再生混凝土收縮較大，抗碳化和抗氯離子滲透性能中等，抗凍融性就差。摻加粉煤灰和高效減水劑、降低水膠比可以提高再生混凝土耐久性。摻加粉煤灰后，再生混凝土密實度地大，抗氯離子擴散性能增大，碳化深度稍有增大，深度為10m，可以滿足工程需要。孫家瑛(19)研究表明：再生混凝土坍落度隨再生骨料的增加而降低，抗?jié)B性和抗融化能力較普通混凝土差。摻加活性摻合料后，再生混凝土工作性可有效改善，抗氣滲性和抗碳化能力大幅度提高。朱崇績研究了顆粒整形對再生骨料混凝土耐久性的影響，結果表明顆粒整形去除了骨料表面粘附的水泥石，再生骨料變得圓滑，混凝土需水量減小，顯著改善了混凝土收縮性、抗氯離子滲透性、抗碳化性能和抗凍性能。陳愛玖發(fā)現(xiàn)：隨著再生粗骨料摻量的增加，再生混凝土抗凍融能力減弱，但較普通混凝土的抗凍性降低不多；引氣減水劑摻量是影響再生混凝土抗凍性的主要因素，再生粗骨料摻量為70%、聚丙烯纖維摻量為0.7kg/m3、引氣減水劑摻量為0.6%的配合比拌制的再生混凝土抗凍耐久性較好，抗凍等級可達到F250以上;提出將飽和面干吸水增長率作為評判再生混凝土抗凍性能的技術指標?？紤]再生提凝土的強度和耐久性，吳缸利(22)建議再生混凝土水膠比不高于0.36，在不影響早期強度的情況下盡量摻加30%左右粉煤灰，再生骨料的最大粒徑建議使用16mm。
3.2.3再生混凝土變形性能研究現(xiàn)狀
崔正龍[23)等在溫度(20土2)℃、相對濕度(60土5)%條件下讓全再生混凝土試件自由干燥收縮180d，研究了其抵抗干燥收縮能力。試驗結果表明：再生混凝土干燥收縮長度變化率與干燥收縮后的質量減少率均大于普通混凝土;再生混凝土干燥收縮長度變化率及質量喊少率隨水灰比增大而相應變大;全再生混凝土早期干燥收縮率比普通混凝土大得多，40d的干燥收縮率幾乎占整個齡期180d干燥收縮率的90%。A.Domingo-Cabo(24)在水泥用量與水灰比一定的條件下，對比了再生混凝土(再生骨料取代率分別為20%、50%、100%)與普通混凝土徐變與收縮變形發(fā)展過程。試驗結果表明:隨著再生骨料取代率的提高，再生混凝土彈性模量逐漸減??；再生骨料取代率分別為20%、50%的再生混凝土，180d收縮率比普通混凝土分別增加4%、12%; 180d后，再生骨料取代率為100%的再生混凝土收縮與徐變比普通混凝土分別離70%、51%。
4結論
再生混凝土技術解決了大量混凝土廢棄物處理困難和由此引發(fā)的對環(huán)境的負面影響等問題，節(jié)省了垃圾清運費用和處理費用;可以充分利用可再生資源，減少對天然砂石的開來，保護了自然資源和人類生存環(huán)境。再生混凝土技術是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求和主流趨勢，是解決建筑垃圾問題最有效的途徑。隨著人類對廢棄混凝土再生利用方面研究和開發(fā)的深入發(fā)展，再生混凝土的應用范圍將逐漸拓展。作為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)境友好材料，再生混凝土技術必將成為混凝土材料科學的一個發(fā)展方向，并推動混凝土生產(chǎn)最終走上良性發(fā)展的必由之路。
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